铁路槽车轻油卸车鹤管计算机辅助设计
通过SolidWorks软件，将铁路槽车收发油作业车的槽车轻油卸车鹤管机构进行三维建模，再使用SolidWorks的插件对三维模型进行运动轨迹分析，强度校核，从而提高设计速度。
铁路槽车卸车分原油及重油卸车和轻油卸车两种方式：原油及重油卸车时，采用密闭自流下卸方式，敞开自流下卸方式与泵抽下卸方式；轻油卸车均采用上卸方式。由于大部分铁路轻油罐车均无下卸口，故目前铁路槽车轻油装卸作业采用沿铁路沿线建立固定装卸油栈台，通用栈台设置的鹤管（陆用流体装卸臂）进行上卸作业。在使用栈台鹤管进行卸油作业时，需使用牵引设备将油槽车牵引至鹤管的作业范围，因此栈台一般设置多套鹤管同时作业，减少槽车挪动频次，加快卸车速度，适用于多槽车大批量作业。在实际工作中，经常遇到零星少量槽车卸车和直接将槽车中油料直接卸入油罐车中，在这种情况下采用栈台鹤管卸车就显得不够机动灵活。因此，研制了铁路槽车收发油作业车（以下简称作业车）弥补栈台鹤管的不足，提供了一种机动灵活的收发作业形式。
作业车采用二类汽车底盘，在底盘上加装前夹取力器和侧取力器，上装厢体内设置装卸油泵组和管路，厢顶上设置槽车收油鹤管和发油鹤管。前夹取力器为装卸油泵提供动力，侧取力器为收发鹤管展收液压系统提供动力。作业车能够机动根据槽车的位置，使用底盘发动机动力带动车上设置的装卸油泵，将槽车中的油料通过收油鹤管、管路、发油鹤管，输入至油罐车中。
作业车的鹤管采用液压展收，因此要对此机构进行运动机构的设计与运动轨迹校核。在传统设计中：一是采用作图法初步确定机构的初始位置，并假定在举升初始位置时油缸推力大，以此为前提进行各构件的力学分析。这种方法不能检查鹤管在运动过程中是否发生运动干涉，且当油缸大推力并不是在起始位置时，采用传统作图法计算出来的结果与实际有较大误差。二是根据几何约束条件建立方程组来求解。虽然这种方法能求出油缸所需大推力，但是计算工作量大且不能进行运动较核。本文使用SolidWorks三维软件对鹤管运动机构进行设计、运动轨迹校核和有限元分析。
2、数学模型建立及运动轨迹分析
先根据作业车一般停至铁路槽车的距离，确定鹤管作业范围，以车厢和鹤管铰点O为坐标原点建立坐标系，如图1所示。选用市场上成熟鹤管、三角臂、拉杆总成、液压油缸等。其中，LAC和LJG为液压拉杆长度，这两值为变量值，其它值根据选型确定。
图1鹤管机构原理图
2.1初步方案确定
根据使用工况，为适用于底盘行驶，鹤管初始位置为折叠水平放置，其杆OB与杆BE重合，杆BE与杆EH重合，杆HI为垂管，采用手动折放，在计算中不考虑。在设计中，可先根据鹤管作业范围初步选型，确定各节长度，结合现有成熟液压油缸的尺寸，在Solid-Works软件的草绘中进行模拟计算。在模拟计算后可初步定出几种设计方案，供后分析计算。
2.2运动轨迹分析
在图1的基础上，约束铰支点O与车厢的相对位置关系，以O点为基准点旋转复制车厢至任意举升角θ位置(大90。)。由于铰支点O与车厢相对位置已确定，因此A点在举升角的位置也确定。以A点圆心，拉杆长度LAC为半径画圆弧1，以B点为圆心，LBC为半径画圆弧与圆弧1相交于C点，即C点只能沿圆弧1移动。同理，可作出H点的运动轨迹，由于杆HI为垂管，就可做出I点的轨迹。根据上述所述原理，可在SolidWorks软件运动算例中进行模拟动画。
3油缸大推力计算
定位准确，即图形应符合版面要求：大图不空，内容丰富饱满；小图不挤，清晰明快。在图1的基础上，根据运动轨迹，在任意举升角θ位置(大90。)，计算油缸推力。利用上述在SolidWorks中建立的草绘，进行三维建模，如图2所示。
图2鹤管三维图图3鹤管展开图
在装配体设置各装配关系，液压油缸与拉杆配合设置为高级配合，小距离为拉杆自由长度，大距离为自由长度和行程之和，在运动算例中进行运动轨迹校核并进行干涉检查。图3为鹤管展开至工作状态图。
利用SolidWorks软件建立三维模型后，软件会自动求出构件质心，在约束装配条件下，便可知质心在整个举升范围内的变化，可直接求出油缸在举升过程中的大推力。
4、强度校核计算
使用在前建立的三维模型，为减少有限元模型节点数量，减少计算时间，简化不必重要的圆角，或以倒角代替圆角，省略不重要区域的小孔及小尺寸细节结构，简化非危险区域的小尺寸细节结构。利用SolidWorks自带的插件Simulation有限元分析软件很容易对主要零件进行强度校核，在设定有关各参数后，进行自动计算。通过自带算例生成报告，可自动生成计算结果。在生成报告中可知零件的大受力位置，变形量及小安全系数等，在此基础上可对零件进行优化设计。
利用SolidWorks三维软件设计铁路槽车收发油作业车的收发油鹤管，并对运动机构运动轨迹校核，使用Simulation插件进行零件的有限元分析。设计过程直观，周期短，可对运动机构进行仿真模拟，进行运动轨迹校核和零部件干涉检查，比较传统设计方法有较大的提高。
